Linux编译工具：gcc入门

1. 什么是gcc

gcc的全称是GNU Compiler Collection，它是一个可以编译多种语言的编译器。最开始gcc是做为C语言的编译器（GNU C Compiler），如今除了c语言，还支持C++、java、Pascal等语言。gcc支持多种硬件平台。

2. gcc的特色

• gcc是一个可移植的编译器，支持多种硬件平台。例如ARM、X86等等。
• gcc不只是个本地编译器，它还能跨平台交叉编译。所谓的本地编译器，是指编译出来的程序只可以在本地环境进行运行。而gcc编译出来的程序可以在其余平台进行运行。例如嵌入式程序可在x86上编译，而后在arm上运行。
• gcc有多种语言前端，用于解析不一样的语言。
• gcc是按模块化设计的，能够加入新语言和新CPU架构的支持。
• gcc是自由软件。任何人均可以使用或更改这个软件。

3. gcc编译程序的过程

gcc编译程序主要通过四个过程：

• 预处理（Pre-Processing）
• 编译 （Compiling）
• 汇编 （Assembling）
• 连接 （Linking）

预处理其实是将头文件、宏进行展开。编译阶段，gcc调用不一样语言的编译器，例如c语言调用编译器ccl。gcc其实是个工具链，在编译程序的过程当中调用不一样的工具。汇编阶段，gcc调用汇编器进行汇编。连接过程会将程序所须要的目标文件进行连接成可执行文件。汇编器生成的是可重定位的目标文件，学过操做系统，咱们知道，在源程序中地址是从0开始的，这是一个相对地址，而程序真正在内存中运行时的地址确定不是从0开始的，并且在编写源代码的时候也不能知道程序的绝对地址，因此重定位可以将源代码的代码、变量等定位为内存具体地址。下面以一张图来表示这个过程，注意过程当中文件的后缀变化，编译选项和这些后缀有关。

这是GCC编译的四个步骤。

4. gcc经常使用选项

来看一下gcc经常使用选项

选项名	做用
-o	产生目标（.i、.s、.o、可执行文件等）
-E	只运行C预编译器
-S	告诉编译器产生汇编程序文件后中止编译，产生的汇编语言文件拓展名为.s
-c	通知gcc取消链接步骤，即编译源码，并在最后生成目标文件
-Wall	使gcc对源文件的代码有问题的地方发出警告
-Idir	将dir目录加入搜索头文件的目录路径
-Ldir	将dir目录加入搜索库的目录路径
-llib	链接lib库
-g	在目标文件中嵌入调试信息，以便gdb之类的调试程序调试

如今咱们有源文件hello.c，下面是一些gcc的使用示例：

gcc -E hello.c -o hello.i   对hello.c文件进行预处理，生成了hello.i 文件
gcc -S hello.i -o hello.s    对预处理文件进行编译，生成了汇编文件
gcc -c hello.s -o hello.o  对汇编文件进行编译，生成了目标文件
gcc hello.o -o hello 对目标文件进行连接，生成可执行文件
gcc hello.c -o hello 直接编译连接成可执行目标文件
gcc -c hello.c 或 gcc -c hello.c -o hello.o 编译生成可重定位目标文件

使用gcc时能够加上-Wall选项。下面这个例子若是不加上-Wall选项，编译器不会报出任何错误或警告，可是程序的结果却不是预期的：

//bad.c
#include<stdio.h>
int main()
{
    printf("the number is %f ",5);  //程序输出了the number is 0.000000，结果错误
    return 0;
 }

使用-Wall选项：

gcc -Wall bad.c -o bad

gcc将输出警告信息：

warning: format ‘%f’ expects argument of type ‘double’, but argument 2 has type ‘int’ [-Wformat=]
printf("the number is %f\n",5);

5. gcc编译多个文件

假设如今有三个文件：hello.c hello.h main.c ,三个文件的内容以下：

// hello.c
#include<stdio.h>
#include"hello.h"
void printHello()
{
        printf("hello world!\n");
}

//main.c
#include<stdio.h>
#include"hello.h"
int main()
{
        printHello();
        return 0;
}

//hello.h
//仅包含函数声明
#ifndef _HELLO_
#define _HELLO_
void printHello();
#endif

编译这三个文件，能够一次编译：

gcc hello.c main.c -o main 生成可执行文件main

也能够独立编译：

gcc -Wall -c main.c -o main.o
gcc -Wall -c hello.c -o hello.o
gcc -Wall main.o hello.o -o main

独立编译的好处是，当其中某个模块发送改变时，只须要编译该模块就行，没必要从新编译全部文件，这样能够节省编译时间。

6. 使用外部库

在使用C语言和其余语言进行程序设计的时候，咱们须要头文件来提供对常数的定义和对系统及库函数调用的声明。库文件是一些预先编译好的函数集合，那些函数都是按照可重用原则编写的。它们一般由一组互相关联的可重用原则编写的，它们一般由一组互相关联的用来完成某项常见工做的函数构成。使用库的优势在于：

• 模块化的开发
• 可重用性
• 可维护性

库又能够分为静态库与动态库：

• 静态库（.a）：程序在编译连接的时候把库的代码连接到可执行文件中。程序运行的时候将再也不须要静态库。静态库比较占用磁盘空间，并且程序不能够共享静态库。运行时也是比较占内存的，由于每一个程序都包含了一份静态库。

• 动态库（.so或.sa）：程序在运行的时候才去连接共享库的代码，多个程序共享使用库的代码，这样就减小了程序的体积。

通常头文件或库文件的位置在：

• /usr/include及其子目录底下的include文件夹
• /usr/local/include及其子目录底下的include文件夹
• /usr/lib
• /usr/local/lib
• /lib

7. 生成静态库

为了生成.a文件，咱们须要先生成.o文件。下面这行命令将咱们的hello.o打包成静态库libhello.a：

ar rcs libhello.a hello.o

ar是gun归档工具，rcs表示replace and create，若是libhello以前存在，将建立新的libhello.a并将其替换。

而后就能够这样来使用静态库libhello.a

gcc -Wall main.c libhello.a -o main

还有另一种使用方式：

gcc -Wall -L. main.c -o main -lhello 【lhello 是 libhello的缩写】

其中 -L.表示库文件的位置在当前目录下，因为libhello.a是咱们本身生成的，并存放在当前录下下，因此须要加上-L.选项。默认库文件是在系统的目录下进行搜索。一样的，-I.选项用于头文件的搜索。

8. 生成共享库

生成一个共享库，名称的规则是libxxx.so。将刚才hello.o生成libhello.so的命令为：

gcc -shared -fPIC hello.o -o libhello.so

生成了共享库以后，能够这样来使用共享库：

gcc -Wall main.o -o main -L. -lhello

该命令与使用静态库的命令相同，可是在共享库与静态库共存的状况下，优先使用共享库。

共享库有时候并不不在当前的目录下，为了让gcc可以找获得共享库，有下面几种方法：

1. 拷贝.so文件到系统共享库路径下，通常指/usr/lib
2. 在~/.bash_profile文件中，配置LD_LIBRARY_PATH变量
3. 配置/etc/ld.so.conf，配置完成后调用ldconfig更新ld.so.cache

其中，shared选项表示生成共享库格式。fPIC表示产生位置无关码（position independent code），位置无关码表示它的运行、加载与内存位置无关，能够在任何内存地址进行加载。

9. 库的搜索路径

库的搜索路径遵循几个搜索原则：从左到右搜索-I -l指定的目录，若是在这些目录中找不到，那么gcc会从由环境 变量指定的目录进行查找。头文件的环境变量是C_INCLUDE_PATH,库的环境变量是LIBRARY_PATH.若是仍是找不到，那么会从系统指定指定的目录进行搜索。

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